独家丨姜卫平：北斗让万物更互联

姜卫平

武汉大学卫星导航定位技术研究中心主任，长期致力于卫星大地测量学理论及工程应用研究。

在万物互联驱动下，北斗通过与人工智能、大数据、云计算、5G通信等新技术的跨界融合，其应用范围从卫星导航定位延伸到了工业互联网、物联网、车联网等新兴应用领域。“在万物互联时代，北斗的应用只受限于想象力。通过应用，北斗能让万物更互联。”武汉大学卫星导航定位技术研究中心主任姜卫平教授在接受《定位》杂志专访时说道。

数字化加速跨界融合

与人类活动息息相关的信息，简单概述就是“到哪里去”“什么时间走”“干什么事儿”这三个问题，而这三个问题离不开时间和位置，因此卫星导航技术被应用到各个领域，而它的跨界融合对人们的科技方式和生活方式带来了深刻的变革。

2020年7月31号北斗三号系统正式为全球提供服务，这对北斗来说是一个非常重要的里程碑事件。在此背景下，姜卫平认为北斗的跨界融合是当前智能化时代基础性、颠覆性的技术，其服务功能是为全球提供精准时空信息。在此之前，北斗的服务功能经历了两个演变：最初的功能是提供区域高精度定位与授时服务，随后功能进化为为大众提供高精度位置服务。

北斗服务功能的演变，是社会需求驱动的结果。而北斗提供精准时空服务则为数字化建设所驱动。

目前全世界都在发展数字化，数字经济、数字社会、数字政府是数字化发展的重要组成部分，三者互为支撑，彼此渗透，相互交融。那么，时空信息跟数字化有什么关系？姜卫平回答道：“任何实体目标或事件都具有空间、时间和专题三大特征。时空信息就是描述目标或事件三大特征的信息，反映了地理实体或目标状态和变化过程的空间位置及其自然社会属性。”基于此，可以提出“时空信息是数字化发展的新事物、新思维、新技术”这一概念。

对于这个新概念，姜卫平给出了详细的解释：时空信息是数字化发展的新思维。目标或事件的数字化描述、分析、决策是数字化发展的基础，时空信息是在统一的时间和空间基准下描述目标或事件存在状态与变化过程的时序数据。

时空信息是数字化发展的新资源。数据正逐渐成为驱动经济社会发展的关键生产要素和新引擎，时空信息是驱动实时化、知识化信息服务和信息产业蓬勃发展的基础和资源。

时空信息是数字化发展的新技术。“时空信息+”，同“互联网+”“大数据+”“人工智能+”等，成为“物联、数联、智联”数字科技的重要组成。时空信息是实现精确控制、精准分析的基础和方法，例如位置信息被列为“工业4.0”的基础。

2021年9月16日，国家主席习近平向首届北斗规模应用国际峰会致贺信时指出，“当前，全球数字化发展日益加快，时空信息、定位导航服务成为重要的新型基础设施。”这意味着北斗对国计民生、社会经济发展非常重要，这也是驱动北斗跨界融合的重要因素。同时当前数字经济和智慧社会发展建设都需要时空信息来做支撑，这也进一步推动了北斗与各行各业进行跨界融合。

“就智慧城市建设来说，我认为有四大基础设施，通信网络、大数据分析、传感器网络和时空信息。倘若要预警防控，没有时空信息又怎么智能化防控？所以现在要跟踪所有人、所有事物的目标轨迹。但是光有轨迹还不行，还需要时间信息。比如你从广州到武汉，若是2018年来的，那没关系，因为那年没有疫情。若是2019年发生疫情后来的武汉，那就要打上时间标志，这个时间标志就会传达更多的信息，这些时空信息才能更好地实现智能化。”姜卫平举例道。

多维度融合，产生“化学反应”

“刘经南院士在2018年就明确提出了北斗的跨界融合。”姜卫平说道。在刘院士看来，北斗的跨界融合可以按北斗“+”服务、“+”功能、“+”产业、“+”技术四个维度进行归纳。

首先，“+”服务。北斗与传统的服务业等行业深度融合，创造出基于时空位置的新商态、新业态，如电子商务物流、移动互联网金融、移动在线共享娱乐、移动在线共享教育、共享交通等。

其次，“+”功能。北斗+物联网/输电网，不仅是传统意义上的信息网络，更是一个集物质、能量和信息互相交融的泛在网，所传递的不仅仅是传统意义上的信息，还包括人类需求相关的物质和能量的传输信息。人类活动的实体空间与虚拟的网络空间要实现融合。

再次，“+”产业。北斗为制造业向无场所经济转型提供时空位置服务，可以从设计生产销售到售后服务，以及产品的远程感知运控的全流通，对传统产业进行空间共享和时间分享，传统产业则可无需固定场所支撑。

最后，“+”技术，就是北斗与传感器、多种无线通讯，微机电及其他定位方式等技术集成融合，室内室外多传感器融合，为各行各业和物联网提供泛在智能的时空位置服务。

围绕以上四个维度，姜卫平带领的武汉大学卫星导航定位技术研究中心开展了很多工作，并取得了成效，尤其是在“+”技术和“+”功能方面。

在“+”技术方面，武汉大学卫星导航定位技术研究中心跟中国移动成立了5G北斗精准定位联合创新实验室，共同在5G北斗高精定位技术测试及应用、智慧校区、远程教育、智慧医疗等领域开展创新性研究。在“+”功能方面，武汉大学卫星导航定位技术研究中心与国家电网合作，共同推动北斗在国家电网的应用；与中国移动合作，共同推进高精度卫星定位基准站建设，并助推北斗跳出测绘行业应用的范围，向通信、水利、交通、电力、气象等多个行业延展。姜卫平以气象行业为例，传统观测气象的做法是放气球。此方法最大的问题难以做到实时、连续的数据采集，主要在于探空气球施放采样需要隔一段时间（如一日三放），这会导致天气预报无法做到精准。“利用北斗高精度基准站可实现连续地、实时地监测对流层，然后根据经验公式来做气压、气温、时度等反演分析，最后通过水汽含量变化来服务于灾害天气预报，使预报更精准。”

同时，姜卫平强调，几乎所有的行业都要用到位置和时间，因此各行各业都离不开北斗。尤其是当数字化经济发展越深入，北斗的跨界融合就会越广泛。“比方说电力行业，气候对电力期货市场有直接影响，若干旱或者高温，用电量就大，那么电力期货价格就会上涨。而对气候、气温及其持续时间等因素的预判，我们可以通过北斗高精度基准站与气候、气象结合研究，这不就是经济吗？以后这样深入应用的例子还会更多。”姜卫平举例说道。

推动北斗在各行各业的应用，是武汉大学卫星导航定位技术研究中心的新使命。作为不仅是国家卫星定位系统工程技术研究中心，也是国际公认的国际全球卫星导航系统服务组织（IGS）三大数据与分析中心之一，同时还是国家科技部指定的导航与位置服务全国科技服务业行业试点单位，全球连续监测评估系统（IGMAS）分析中心和北斗数据与分析中心的武汉大学卫星导航定位技术研究中心，在成立之时的使命是解决卫星导航定位技术难题。“目前我们中心在致力于把卫星导航定位技术的成果转化，涉及芯片、硬件、软件、应用等方面，从产业的上中下游全方位推动包括北斗在内的卫星导航技术应用。”

万物互联激发挑战和机会

在姜卫平看来，驱动北斗的跨界融合还有一个重要因素就是万物互联。“在万物互联的概念中，首先是物与物相连，然后物与人相连，再人与人相连，最后是人与物相连。人也好，物也好，最后都成为了一个目标，通过时空信息去告诉大家怎么用。举个例子，如果人与车都进入了交通管理系统，每人都能同时收到相关信息就可以想办法避免堵车。据我们研究，同一个路段，若这样管理能提高20%～30%效率。”姜卫平解释道。

在万物互联到来之前，北斗的跨界融合面临着四大挑战。

一是技术层面的挑战，解决在没有信号或卫星条件受限的情况下北斗高精度时空信息的获取难题。北斗定位精度通常在10米到5米之间，其更高的精度主要通过地基增强系统或星基增强系统来实现。“然而有些地方不适合建地基增强系统，又或是在有少量的地基增强系统的情况下，特别是在没有信号的情况下，怎么获取高精度时空信息，这是需要从技术上进行解决的。”

二是应用层面的挑战。“要把北斗应用到人们的生活中，这会涉及到成本控制问题。因此如何在低成本、低功耗的北斗接收机上实现厘米级甚至毫米级高精度服务，这是需要解决的问题。因为低成本的北斗接收机噪声大、定位精度差。因此我们需要通过硬件和软件技术，把噪声去掉来提高精度，这将是一个挑战。”姜卫平说。

三是思想认识层面的挑战。随着北斗在各行各业得到应用，很容易在一些人的心中树立“万能”的意识，但这不利于北斗的应用推广。姜卫平以北斗变形监测应用为例，目前变形监测主要分两大类，一类是土木工程监测，如大桥、大坝、高层建筑物等监测；另一类是地面沉降、滑坡等自然灾害监测，这种监测要求精度高，很多需要毫米级的监测精度。“北斗要做到几个毫米甚至一个毫米是非常困难的，但如果问北斗能不能做？答案是能！”姜卫平指出，北斗要做到毫米级监测必须有三个前提条件：非常好的硬件设备、非常好的软件技术、非常好的工程化。“如果随随便便拿个设备和技术去做，只会断送北斗在变形监测领域的应用前途。所以跨界融合时，我们要本着实事求是的精神去推动北斗应用。”

四是政策层面的挑战。由于时空信息涉及国家安全，因此国家采取了较严的时空信息管理政策。随着自动驾驶行业的发展，呼吁出台更宽松的时空信息政策的声音变得强烈，因为自动驾驶需要北斗提供高精度的时空信息来引路。“如果时空信息全部保密，就会限制自动驾驶等行业的发展；如果时空信息不保密，又会侵犯隐私，甚至危及国家安全，那么要如何制定相应的政策法规，这个很重要，也具有很大挑战。”姜卫平认为，四大挑战一旦解决，北斗未来的跨界融合应用范围会更加广阔。

如果说万物互联是北斗跨界融合的应用愿景，那么人才是实现这一愿景的加速器。因此，做好人才培养尤为重要。

对此，姜卫平对卫星导航定位学科的人才培养有自己的想法。“我觉得学科要朝两个方面发展，一个是基础性方向，另一个是交叉方向。毕竟位置服务不仅仅需要测绘技术，也需要通信、计算机、人工智能等技术。”为此，他认为卫星导航定位学科的人才培养一方面要加强测绘技术教育，另一方面要培养交叉型人才，这样才能实现更有效、更科学、更先进的时空信息服务，才能把技术推广或者跨界到各行各业去。值得一提的是，为了培养好人才，武汉大学卫星导航定位技术研究中心设立了时空基准、北斗导航、位置服务、导航物联网和多源智能导航五个研究所。“其中时空基准和北斗导航偏重本学科，位置服务偏重学科交叉范畴，导航物联网和多源智能导航则属于学科完全交叉范畴。我们中心之所以这么设置，其中一个目的就是为了培养更多能满足万物互联需求的人才。”

尽管当前卫星导航定位为二级学科（隶属于控制科学与工程、测绘科学与技术两门一级学科），但姜卫平相信，在北斗跨界融合的推动下，导航定位有机会发展成为一级学科，与测绘科学与技术、遥感科学与技术形成三足鼎立的局面。“一级学科会更有利于导航定位学科的人才培养，只有培养出好的人才，万物互联才能更好、更快地实现。”

在展望北斗跨界融合的未来前景时，姜卫平认为，在数字化建设和万物互联的驱动下，北斗的跨界融合会更加深入到社会的方方面面中，让人们的生活更便捷、更美好。

作者/孙蓓  编辑/何溪

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